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2014 年度 実績報告書

オミクス解析による細胞外情報処理空間構築の統合的理解

計画研究

研究領域植物細胞壁の情報処理システム
研究課題/領域番号 24114002
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

出村 拓  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (40272009)

研究分担者 倉田 哲也  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (50360540)
研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワード植物発生・分化 / 細胞壁 / トランスクリプトーム / プロテオーム / 進化
研究実績の概要

1.二次細胞壁形成のオミクス解析:VND7のリン酸化が転写活性化の亢進に寄与することを強く支持する結果を得た。また、オミクス解析として、VND7の誘導型活性化によって高頻度で二次細胞壁形成を誘導できる形質転換タバコBY-2培養細胞を用いて、プロテオーム解析とメタボローム解析を行った。プロテオーム解析では、二次細胞壁形成誘導後のタンパク質の変化をiTRAQによって定量的に解析した。一方、メタボローム解析については、重複も含めて700種程度の代謝産物が検出可能なワイドターゲット解析を行った。その結果、定量的データが得られた合計517の代謝産物のうち21の代謝産物の蓄積量が二次細胞壁形成誘導処理によって変動することを明らかにした。また、バイオインフォマティクスによるVND7下流の転写ネットワークの推定が可能であるかどうかの検証を行い、Gaussian Graphical Models (GGM)とDynamic Bayesian Networks (DBN)が有効であることを示した。
2.一次細胞壁形成のオミクス解析:これまでにプロトプラストからの細胞壁再生過程のトランスクリプトーム解析の結果から、細胞壁分解酵素群の発現が強く抑制されることを見出した。一方、KOR2遺伝子の発現が誘導されること、KOR2変異体では細胞壁再生が抑制される傾向があることを見出した。
3.細胞壁形成転写ネットワークの進化:コケ植物のヒメツリガネゴケとオオミズゴケを対象に研究を進めた。今年度は、ヒメツリガネゴケにおいて、VND7と同じ遺伝子ファミリー(VNSファミリー)に属するPpVNS7によって発現が制御されているポリガラクツロナーゼ遺伝子群が、通水細胞であるハイドロイドにおける細胞壁の分解に関わる可能性を見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

二次細胞壁形成のオミクス解析については、プロテオーム解析が進展し、メタボローム解析でも新しい発見があった。一次細胞壁形成に関しては、新たにKOR2の関与を示すことができた。細胞壁形成転写ネットワークの進化については、ポリガラクツロナーゼの機能を新たに示すことができた。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断している。

今後の研究の推進方策

1.二次細胞壁形成のオミクス解析:道管分化のマスター転写因子であるVND7の下流で展開する二次細胞壁形成について、転写ネットワークの調和システムをオミクス解析により明らかにする。今年度は、sub-cellularレベルの解析としてゴルジ体タンパク質のプロテオーム解析を行う。また、二次細胞壁形成過程におけるメタボローム解析から明らかになったアミノ酸代謝関連の変化をもとに、それら代謝産物の二次細胞壁形成における役割を解析する。さらに、細胞壁成分の解析技術として確立した熱分解GC-MS、NMR、TG/DTA解析、糖鎖分析を用いて、培養細胞を用いた二次細胞壁形成過程での細胞壁成分の変化を追跡する。
2.一次細胞壁形成のオミクス解析:一次細胞壁形成のメカニズムを明らかにするために、これまでに確立したプロトプラストからの細胞壁再生の実験系でのトランスクリプトーム解析の結果をもとにした逆遺伝学解析を継続する。また、一次細胞壁再生時のオミクス解析を行う。さらに、一次細胞壁再生時に細胞壁の厚さを制御するメカニズムに関する研究に取り組む。
3.細胞壁形成転写ネットワークの進化:昨年度は、これまでに進めてきたオオミズゴケや裸子植物のテーダマツを対象にした研究に加えて、ゼニゴケを解析対象とし、VNS遺伝子群がゼニゴケの細胞壁形成に関わる可能性を見出した。今年度は、ゼニゴケVNS遺伝子の機能解析を継続する。さらに、カナダトウヒなどの新たな材料を用いて針葉樹仮道管の二次細胞壁形成におけるVNS遺伝子群の機能解析に着手する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Multiple classes of transcription factors regulate the expression of VASCULAR-RELATED NAC-DOMAIN7, a master switch of xylem vessel differentiation2015

    • 著者名/発表者名
      Endo H, Yamaguchi M, Tamura T, Nakano Y, Nishikubo N, Yoneda A, Kato K, Kubo M, Kajita S, Katayama Y, Ohtani M, Demura T
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 56 ページ: 242-254

    • DOI

      doi: 10.1093/pcp/pcu134

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Local gene silencing in plants via synthetic dsRNA and carrier peptide.2014

    • 著者名/発表者名
      Numata, K., Yoshizumi, T., Ohtani, M., Demura, T., Kodama, Y.
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology Journal

      巻: 12 ページ: 1027-1034

    • DOI

      doi: 10.1111/pbi.12208

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Laccases direct lignification in the discrete secondary cell wall domains of protoxylem.2014

    • 著者名/発表者名
      Mathias Schuetz, Anika Benske, Rebecca Smith, Yoichiro Watanabe, Yuki Tobimatsu, John Ralph, Taku Demura, Brian Ellis, Lacey Samuels
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: 166 ページ: 798-807

    • DOI

      DOI:10.1104/pp.114.245597

    • 査読あり
  • [学会発表] Evolution of water-conducting cells in land plants; lessons from VNS family genes2015

    • 著者名/発表者名
      Misato Ohtani、他
    • 学会等名
      第56回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京農業大学(東京都世田谷区)
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • 招待講演
  • [学会発表] Chemical genetic approach for plant cell wall patterning2015

    • 著者名/発表者名
      Arata Yoneda、他
    • 学会等名
      第55回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京農業大学(東京都世田谷区)
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • 招待講演
  • [学会発表] Overexpression of fungal xylanases altered cell wall structure in poplar2015

    • 著者名/発表者名
      堀千明、他
    • 学会等名
      第56回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京農業大学(東京都世田谷区)
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [学会発表] 道管要素分化誘導可能なタバコBY2細胞株を用いたメタボローム解析2014

    • 著者名/発表者名
      森崎敬子、他
    • 学会等名
      第486回日本農芸化学会関西支部大会
    • 発表場所
      奈良先端科学技術大学院大学(奈良県生駒市)
    • 年月日
      2014-09-20
  • [学会発表] オオミズゴケの透明細胞分化に関わる分子メカニズムの解明2014

    • 著者名/発表者名
      寺田志織、他
    • 学会等名
      第78回日本植物学会
    • 発表場所
      明治大学(神奈川県川崎市)
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-14
  • [学会発表] プロトプラストからの一次細胞壁再形成時に働く分子機構の解析2014

    • 著者名/発表者名
      米田新、出村拓
    • 学会等名
      第78回日本植物学会シンポジウム
    • 発表場所
      明治大学(神奈川県川崎市)
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-14
  • [学会発表] ケミカルジェネティクスを用いた木部道管形成の解明用いた木部道管分化における二次細胞壁パターン形成機構の解明2014

    • 著者名/発表者名
      家門絵理、他
    • 学会等名
      第78回日本植物学会シンポジウム
    • 発表場所
      明治大学(神奈川県川崎市)
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-14
  • [学会発表] Molecular mechansim of primary cell wall regeneration from protoplast2014

    • 著者名/発表者名
      Arata Yoneda、他
    • 学会等名
      5th International Conference of Plant Cell Wall Biology
    • 発表場所
      Palm Cove(オーストラリア)
    • 年月日
      2014-07-27 – 2014-07-31
  • [学会発表] NAC transcription factors regulating cell wall formation and programmed cell death in moss Physcomitrella patens2014

    • 著者名/発表者名
      Taku Demura、他
    • 学会等名
      5th International Conference of Plant Cell Wall Biology
    • 発表場所
      Palm Cove(オーストラリア)
    • 年月日
      2014-07-27 – 2014-07-30
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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